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载冷剂乙二醇传热分析

  当载冷剂乙二醇起始温度为263K,水溶液起始温度为278K时,单独改变乙二醇溶液的入口速度,模拟流速为1m/s、2m/s、3m/s时对相变蓄冰过程的影响。模拟结果可发现:240min内,随着载冷剂乙二醇溶液流速的提高,蓄冰装置内液相率变低,蓄冰性能有所提升,但提高幅度并不明显。当载冷剂入口流速为1m/s时,蓄冰桶内的平均液相率为58.4%;2m/s时平均液相率为57.7%;3m/s时平均液相率为56.8%,故载冷剂的流速每提高1m/s,其液相率降低约2%,未显著下降。

  从强化换热的角度分析,随着入口流速的提高,增强了管内的扰动,换热效率应该有明显的提升,但是在模拟中却未发现换热量有显著提升。管内流体载冷剂的温度场和速度都比较均匀,故流动阻力和对流换热阻力主要存在于边界层底层中。但由于螺旋管特殊的形状,流体在螺旋管中流动时受曲率和离心力的影响形成二次环流,在近壁面处又由于扰动产生旋涡流动。这样的特殊结构不断破坏边界层,较直管已增强了换热,也使得小幅度的提高流速对整体换热影响不大。从热阻的角度进行分析:蓄冰初期为显热交换,冷热流体之间的换热热阻由管内对流。

  换热热阻、盘管导热热阻两部分组成。流速的改变可影响管内对流换热热阻这一因素,故蓄冰初期时,载冷剂入口流速的增大对蓄冰性能有所影响。但随着蓄冰过程的进行,进入潜热交换阶段,此时冷热流体之间的换热热阻有管内对流换热热阻、盘管导热热阻、冰层导热热阻,且冰层导热热阻迅速成为换热过程中的主要热阻,对流换热热阻影响较小。伴随着冰层厚度的增加,整体换热热阻增大,冷热流体间换热能力大幅削弱,单位蓄冷量也逐渐降低。

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